２００５年４月第２０卷第４期
电工技术学报
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ０ＦＣＨＩＮＡＥＬＥＣＴＲＯＴＥＣＨＮＩＣＡＬＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ２０Ａｐｒ．
ＮＯ４
２００５
零序直流选择性漏电保护原理分析
袁振海１
沈祥云１
２１０００９
王险峰２蔡向东３余林高４
２．宝钢集团上海梅山有限公司
２１００４８
２１００３９
（１．南京工业大学
３．中国石化扬子股份有限公司塑料厂４．南化集团建设公司２１００４４）
摘要对近期提出的克服电网分布电容影响小电流接地选线的零序直流选择性保护原理作
了理论分析。按照检测整流半桥导通的不同时段，建立工频周期内三时段的正弦电路模型，用相
量法分析检测电流。并在各时段将其转换为瞬时正弦值对时间求取平均值。理论分析表明，检测电流选择性好，受电网电容影响小，理论计算与实验检测曲线在漏电支路绝缘电阻接近动作值段
一致性程度高。
关键词：零序直流选择性
数学模型漏电保护
中图分类号：ＴＭ７１１，ＴＭ７７３
ＳｔｕｄｙｏｆＳｅｌｅｃｔｉｖｅＬｅａｋａｇｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＰｒｉｎｃｉｐｌｅＢａｇｅｄ
ＳｅｑｕｅｎｃｅＤｉｒｅｃｔｉｖｅＣｕｒｒｅｎｔ
ＹｕａｎＺｈｅｎｈａｉｌ
ＳｈｅｎＸｉａｎｇｙｕｎｌ
ｏｎ
Ｚｅｒｏ
ＷａｎｇＸｉａｎｆｅｎ９２
Ｃａｉ）（ｉａｎｇｄｏｎ９３
２１０００９
ＹｕＬｉｎｇａ０４Ｃｈｉｎａ
ＣｈｉｎａＣｈｉｎａ２１００４４
（１．Ｎａｎｊｉｎｇ
ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＮａｎｊｉｎｇＮａｎｊｉｎｇ
２．ＢａｏｓｔｅｅｌＧｒｏｕｐＳｈａｎｇｈａｉＭｅｉｓｈａｎＣｏ．．Ｌｔｄ３．ＹａｎｇｚｉＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，ＬｔｄｏｆＳｉｎｏｐｅｃ
Ｎａｎｊｉｎｇ
２１００３９２１００４８
４．Ｎａｎｊｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＧｒｏｕｐＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｍｐａｎｙＴｈｉｓ
Ｎａｎｊｉｎｇ
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ｉｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｈｅ
ｂｒｉｄｇｅｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ
ｃｕｒｒｅｎｔｓ
ｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｒｅｅ
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ｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｅｃｙｃｌｅｏｆｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄ
ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅ
ｃａｎ
ｖｅｃｔｏｒ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｅｘｐｌａｉｎｅｄ，ａｎｄｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｔｈｅｓｅ
ｄｅｔｅｃｔｅｄｃｕｒｒｅｎｔｓｔｏｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｌｙｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｆｏｒｍｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｆｏｒｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｆｅｃｔｓｅｔｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄｃｕｒｒｅｎｔｓ
ｏｎ
ａｓ
ｗｅｌｌａｓｔｈｅ１ｅｓｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ
ｏｎ
ｉｔａｎｄｋｅｅｐｓｈｉｇｈｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｏｆｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｅｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｌｏｓｅｔｏａｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔ
ｃｕｒｖｅ．
ｔｈｅｌｅａｋａｇｅｂｒａｎｃｈ
ｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｔｈｅｏｒｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｄｅｔｅｃｔｅｄ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ，ｍａｔｈｍｏｄｅｌ，ｅａｒｔｈｌｅａｋａｇｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
１序言
选择性漏电保护是小电流接地电网的重要保
护。同高压电网运行方式一样，矿井井下电网全部为中性点不接地方式，选择性漏电保护主要采用零序电流保护原理，它需要一定量的零序电流才能正
保护的同时，电网漏电故障电流和人体触电危险也将随之增加。针对这一问题，近期正在研究零序直流选择性漏电保护原理【７１，利用检测电流直流分量减少电网分布电容影响，确定漏电电阻与检测电流之间的关系。
零序直流漏电保护可以监察电网三相绝缘电阻的对称降低Ⅲ，并且近期已做了将其用于电缆供电电网故障选线的实验口】。由此引起了对该系统的关
确选线［１＇２“”，因而易受电网对地分布电容影响，使
用中误动、拒动现象时有发生，为提高漏电保护的
可靠性，电网需要附加电容。从而，在对电网实行
收稿日期２００４０４３０改稿日期２００５０３０
注，开始了对其监察电网三相绝缘电阻非对称降低及接地故障的数学建模【ｌ…。本文运用电网理论、非正
万方数据
第２０卷第４期袁振海等零序直流选择性漏电保护原理分析
１０３
弦周期信号工频周期三时段正弦电路分析方法【９】，并参考有关文献，对检测电流与漏阻之间的关系，建立了以电网电压、绝缘电阻、检测源电路参数为参变量的函数关系式，从理论上探讨了这一保护原理的选择性，在电网安全保护要求范围内，其计算值与实验数据吻合。
文献［３，４，５，１０】表明，零序直流选线使电网中具有了人为的、可控的、有规律的信号，通过对零序直流电缆故障选线这一特殊系统进行的深入研究，揭示了对一般架空线路供电电网具有普遍意义的新规律。作者在低压电网所做的初步理论与实验研究证明了这一可能性。然而，这并非零序直流电缆故障选线系统的简单移植照搬，而是必须解决零序直流选线系统在架空线路供电电网中面临的新问题，尤其是电网的分布电容对零序直流接地故障选线产生的干扰。所不同的是，它的影响问题将不再像零序电流保护方式一样、成为一个难以逾越的障碍，而是被引入到零序直流选线系统相互联系、互相制约的关系中，通过调整牵制电网分布电容影响的系统参数，对其加以限制和利用。为解决二十几年来一直困扰电网故障选线的问题提供新的参考。２
零序直流选择性漏电保护原理分析
２．１
电网电缆漏电保护系统图
图ｌ由３只二极管分别串接一只限流电阻胄．
组成半波整流桥与限流电阻Ｒｏ、取样电阻飓串联接至地（令Ｒ２＝Ｒｏ＋飓）。电网各个分支路的接地线用一个取样电阻置。、Ｒ，ｚ（选尺．产Ｒ．２）与电网接地网相联。检测电流通过接地网、取样电阻及电网绝缘
图１
电网电缆漏电保护系统图
Ｆｉｇ．１
Ｐｏｗｅｒｇｒｉｄｃａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｉｃｌｅａｋａｇｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
万
方数据电阻流回电网构成直流检测网络，检测电流是经＿．极管整流的直流信号，所以可忽略电网电容对检测电流的影响。巴表示电网对地分布电容。电网三相绝缘电阻值一般较高、且对称，即：，。．＝“】＝，。Ｉ＝ｒ，ｒａ２＝，ｂ２＝ｒｃ２＝，，与之相对应的各检测电流值很小。倘若一相漏电，漏电点所在支路的该相对地绝缘电阻等效为电网正常运行时的绝缘电阻ｒ与漏电电阻Ｒ，的并联值。随着绝缘下降，故障支路的直流检测电压信号增大，而非故障支路的直流检测信号基本保持不变，使漏电监测装置能够准确区分故障支路和非故障支路。如果需要，还可以通过断路器将故障切除［３，ａｊ。
图ｌ中，电源相电压巩、巩和巩是对称的，即以＋现＋％＝０。各相对地绝缘电阻一般相等。因
而，变压器中性点对地电压为零，即砜＝ｏ。
一有漏电故障，Ｕ。≠０。第一分支路各相对地绝缘电阻电流分别为，▲Ｊ＿、Ｊｔ，流经检测电阻置，的电流为＾，：第二分支路的各相应电流为，’二、Ｊ勺、，ｔ，经检测电阻Ｒｉ２的电流为五２。
三相电压计时起点【５】选在／４Ａ＝№、“Ｂ＝一‰。瞬时，半波整流桥的二极管导通顺序应为ＶＤ－一ＶＤ２一ＶＤ，，检测电路取样电阻电流Ｊｌ的相量表示式只适合于１／３工频周期。在工频整个周期内，检测电流并非正弦波，它取决于３只二极管、４个自然换相点之间的三时段正弦电压ＨＪＪ。在（Ｏ～２ｒｄ３）时段，“Ａ电压比Ｂ、Ｃ相高。因此，二极管ＶＤｌ导通，ＶＤ２ＶＤ３反向截止；同理，（２７ｔ／３～４７ｔ／３）时段ⅣＢ电压比Ａ、Ｃ相高，ＶＤ２导通，ＶＤｌＶＤ３截止；（４ｎ／３～２Ⅱ）时段“ｃ电压高，ＶＤ３导通，ＶＤｌＶＤ２截Ｊｌ。
在ＶＤ．～ｖＤ，导通期内，按照选定的计时起点［５１，三相电压瞬时值表达式为
“Ａ＝４２ｕｓｉｎ（ｃｏｔ＋３０。）０≤∞ｆ≤２ｎ／３“Ｂ＝４２ｕｓｉｎ（ｃｏｔ一９０。）２ｎ／３≤∞ｆ≤４ｎ／３（１）
＂ｃ＝４２ｕｓｉｎ（ｃｏｔ＋１５０。）
４ｎ／３≤∞ｆ≤２ｎ
式（１）表明，工频周期内３个时段的电压在其各自时段内可以表示成相量形式。
２．２系统各支路与检测源电路的电压电流关系
据ＫＶＬ列写图１第一漏电分支路的电压方程，得
ＵＡ＋ｕｏ＝Ｊ’Ａ（■ｌ／／Ｒｒ）＋，ｉ１Ｒｉｌ
ＵＢ＋Ｕｏ＝，’Ｂ～＋ＩｊｌＲｊｌ
（２）
ｕｃ＋Ｕｏ＝Ｊ’ｃ‘ｌ＋ＩｊＩＲｊｌ
１０４电工技术学报２００５年４月
按照式（２）可推知，各相绝缘电阻电流
以＝等％＝半，
ｌＩ
Ｃ
半
然后，据ＫＣＬ列写第一分支路Ｎ】点的电流方程
／ｊ１２，Ａ＋，Ｂ＋Ｊ．ｃ
（４）
同理，可以得到第二分支路Ｎ２点的电流方程
！！：坠二尘生。竺！：坠：！堡生．
％
，ｂ２
Ｕｃ＋Ｕｏ一／ｊ２Ｒｊ２
，ｃ２
在图１检测源电路中，按照ＶＤ。～ＶＤ３导通顺序，列写三个时段电压方程
ｌⅡＡ＋Ｕｏ＝，１１（Ｒｌ＋月２）
ｏ≤国ｔ＜吨２ｘ／３｛ＨＢ＋Ｕｏ＝１１２（月１＋Ｒ２）２ｎ／３≤甜ｔ＜弋４ｘ／３（６）
【Ｈｃ＋Ｕｏ＝１１３（Ｒ１＋Ｒ２）４７＿ｃ／３≤ｔｏｔ一＜２９
推导式（６）可得，在工频周期三个时段内，检测电流Ｊ．表示式应分别为
“：警阜ｏ≤ｔｏｔ锄／３
“
Ｒ．＋Ｒ．
（７）
。
％。丽ＵＢ＋Ｕｏ气＝雨ＵＣ＋Ｕｏ２们锄…㈣式‘虢名：？：裟Ｉ慧０周Ｉ期内三个时段ａ们锄锄∽燃竺愁竺淼…
由图１可见，一只二极管导通期间，检测源电路等效于将（Ｒ，＋Ｒ２）电阻并联至二极管正极所接的电源端线Ｐｌ（或Ｐ２
Ｐ，）对地之间，图１所示电
网与交流电网等效。因此，在１／３工频周期内，Ⅳ”“Ｂ、“ｃ、“ｏ瞬时值为正弦函数，可以表示成其相量
形式巩、巩、巩、巩。
３
各支路检测电流的数学模型
假设第一支路Ａ相漏电、并令其漏阻为Ｒ，，将式（３）代入式（４）后，经推导，得到第一支路漏电检测电流
Ｊｊｌ：娑
ｒ
Ｒ
、
，ｊｔ
２——』——≠
㈣，
【ｌｏ）
Ｒｒ＋Ｒｊｌ＋３Ｒｊｌ．ｒ
万
方数据假设第二支路无漏电情况、且认为ｒ＝ｒａ２＝ｈ２
＝，。２，将其代入式（５）后，经推导得到第二支路漏电检测电流
，扩蒜％
…，
以上各式中，Ｕｏ为同一待求的未知电压，与一般交流电网的零序电压有所不同，为求解未知电压
Ｕｏ，需要根据ＫＣＬ列写地点Ｎ，点的电流方程
Ｊ】＋‘＋ｌｊ２２０
（１２）
式（１２）中，Ｊ，为取样电阻电流，只能在１／３工频
周期内表示成相量形式，如公式（７）～式（９）所示。因
此，公式（１２）成立的条件应是Ｊｊｌ和，ｊ２也在１／３周期内同取相量式，且与检测电流Ｊｌｌ～１１３保持在同一
时段或同一电角变化范围内。因而，有
１１ｊｌｌｏ≤∞ｆ≤２Ｅ／３｛ＪＪｌ２２ｎ／３。＜∞ｆ≤４Ⅱ／３（１３）
ｌｌｊｌ３
４ｎ／３Ｒ＜∞ｔＲ＜２ｎ
Ｊｊ２１
Ｏ≤∞ｆ≤２Ⅱ／３Ｉ．２２
２ｒ［／３≤ＣＯｔ＜。４ｘ／３（１４）
Ｉｉ２３
４Ｍ３一＜ｔｏｆ≤２Ⅱ
由上一节的讨论和式（
）、（Ｉ）容易看出，
２１１１＋ｌｊｌｌ＋ｌｊ２１
０
（１５）
经推导，得
％・２———五？一
也‘ｉ—１再＋蕊１Ｒ＋Ｒｊｌ＋３Ｒｊｌ
）
ｒ
ｌ
２
ｒ
ｒ
（１６）
！
。
堑
＋
！
ｒ＋３Ｒｊ２
Ｒｌ＋Ｒ２
Ｒ，＋ＲＪｌ＋３ＲＪｌ＝Ｒ上
在２Ⅱ／３≤∞ｔ≤４ｘ／３时段内，有
２
１１２＋／ｊ１２＋１ｊ２２
Ｏ
（１７）
第２０卷第４期袁振海等零序直流选择性漏电保护原理分析
１０５
０２＝一————————百———————一（）
ｃ１８，
３
３÷＋１
１
ｒ＋３Ｒｊ２。，一ｊ１＋３‰争。Ｒ１＋Ｒ２
５
，１３＋ｌｊｌ３＋ｌｊ２３
Ｏ
（１９）
坠。旦ｕ０３一—————可２——一）‰一＿Ｒ—ｒ＋Ｒｊｌ了＋３ＲｊｌｉＲ．—Ｒｌ＋Ｒ２＿（２０，
３
３÷＋１
Ｉ
ｒ＋３Ｒｊ２。Ｒｒ＋ＲＪｌ＋３Ｒｊｌ了Ｒｒ
Ｒ１＋Ｒ２
式（１６）、式（１８）、式（２０）表明，在工频周
期的三个时段内，零序电压矾ｌ、砜ｚ、砜３分别由
同时段的三相电压相量以、如，巩表示。因而，
零序电压砜。、砜２、矾３相量形式成立，其瞬时值在１／３工频周期内，可以表示成正弦函数。由此可
知
Ｊ”ｏｌ
ｏ≤∞ｔ＜一２ｎ／３／ｇｏ。ｔ／／０２
２Ⅱ／３≤０９ｔ＜一４７ｔ／３（２１）
ｌ“０３
４１ｔ／３≤ｏＪｆ≤２Ａ
式（２１）中，各时段零序电压瞬时值为正弦函数。
将式（１６）、式（１８）、式（２０）分别代入式（１３）和式（１４）可以得到工频周期三时段的漏电支路检测电流相量式，式中包含的三相电压相量与瞬时正弦函数之间的关系，参照式（１）在不同时段取值。然后，把式（１３）和式（１４）的电流相量式转换成瞬时值表示，即可得到支路检测电流的瞬时值表示式。
在工频周期内，求取漏电支路检测电流ｍ对电
角的积分，便可以得到漏电支路的直流检测电流，
即
ｊ：１１＝去ｅ“，。批崇１Ｊ０ｔ＇２ｎ／３。．。叭
露ｉｊｌ２ｄＯ“”３Ｊ２。培
＋ｏｄ２，ｊ，３
）Ｏｄｍｉ万
方数据：上ｌ１
。
２ｒｅｌＪｏ暑＋弓ｌ＋３ＲｊｌＲｒ／ｒ
ｆ２“！型！垫塑！！！堕ｄｐ一一１
２７ｔ
Ｒｒ＋Ｒｊｌ＋３巴ｌ肆／ｒ
ｔ＇２ｎ／３
，４ｎ／３
ｔ＇２ｎ
（Ｊ０
“０１０９＋Ｊ２∞“０２４９＋ｋ３／１０３ｄＯ）Ｉ
—■—巧＿—■。丽。
１１６９ｕ（孚＋１）
１
ｒ＋３Ｒｊ２
Ｒ，＋月ｊ１＋３Ｒｊｌ了Ｒｒ
Ｒ１＋Ｒ２
ｉ高≯
＠２’
同理，第二分支路直流检测电流应为
亏：＝瓦１
ｎ２：机一去ｅ“豫ｕ．ｏ＋，ａａ
—而３…“３／／ｏｌｄＯ＋毫３‰执￡，‰㈣一丽丽，，
Ｊｚｍ“。：０９＋Ｌ“。，０８）１．１６９Ｕ
去ｌ¨堑隅＋
一生，
去
！
。
！（２３）
Ｒ１＋Ｒ２
ｐ＋３Ｒ｛１）
以上两式中，Ｕ为电网相电压有效值。
为研究两条检测支路电流随漏阻Ｒ，的变化趋势，求取极限
恕‘－２粤‘ｚ
然后，求得
２丽彘㈣，
粤‘－２而丽崧羝丽丽㈦，
：
１．１６９Ｕ
坼～
ｌｉｍ
１
ｉ２
２—了—————————————————一
玄俾ｌ枷２）＋２似１枷２）＋ｐ乃枷ｊ２）
（２６）
由式（２４）可见，漏电阻Ｒ，趋近无穷大时，电
网处于无漏电状态，两条支路检测电流相等，而式（２５）和式（２６）表示，在Ｒ，趋近于零时，漏电支路的检测电流ｊ：，表达式与式（２４）所示无漏电时的
情形相比，其分母电阻减小【（Ｒｌ＋Ｒ２）＋（ｒ／３＋Ｒｊｌ）】；
与之相比无漏电支路的检测电流ｊ．，表达式分母电
１０６
电工技术学报２００５年４月
阻增大一项蠢＿∽－＋如）。
显然，有
！妒，・Ｈｉ，・ｌ一
…ｌｉｍ［ｉｊｚｌ２Ｉ‘：Ｉ。。
上式表明，随着漏电阻逐渐减小至零（即单相接地状态），故障支路检测电流绝对值趋近于其最大值，而非故障支路检测电流趋近于其最小值，故ｊ，１和ｊ．２可以用来区分电网漏电状况。
４实验
实验按照图１所不电网漏电保护系统图，选择
３
电网线电压６６０Ｖ，检测电路电阻Ｒｉ。＝∑Ｒ。
ｎ＝ｌ
＝１４．９ｋｆ），电网对地绝缘电阻对称、每相对地电阻ｒ取值３００ｋＱ，支路取样电阻局１＝置２＝３ｎ，ＶＤｌ～ＶＤ３
为整流二极管，电网对地模拟电容取值０．３９Ｆ。不
断改变漏电电阻Ｒｒ值，ｌ’ｊ２Ｊ和ｌｌｊ２｜将随之变化。若
令第一支路取样电压ＵＲｌｌ＝Ｒ１１ＩＪｊｌＩ，而第二支路取
样电压ＵＲｊ２＝Ｒ１２
ｌｊｌ２Ｊ，则可将其随Ｒｒ变化的关系按
照实验数据用虚线绘于图２。实验结果表明，ｊｉｌ和
Ｉ，２具有漏电检测的选择性。
帅帅ｍ∞∞帅∞∞ｍ漏电阻／（『２
图２漏电阻与检测电压间的关系图
Ｆｉｇ２
Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｌｅａｋａｇｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄ
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅ
５理论计算与实验结果的比较
为便于计算，将式（２２）和式（２３）的计算程
序编制出来。然后，把电网漏电实验所选电网条件
及各项实验电路参数输入计算机，计算所得ｌ—ｊｌ和
，ｊ２分别取其绝对值后与取样电阻焉ｌ和置２相乘，便可求得第一和第二分支漏电取样电压的理论计算
万
方数据值ｑ，和ｑｚ，将其随漏阻Ｒ，变化的关系用实线绘制
到图２。
图２可见，实线所示理论曲线与虚线所示实验
曲线在电网绝缘电阻降低到临界安全值段，一致性好。
６结论
理论计算和实验结果表明，零序直流漏电保护
原理具有选择性，而且电网分布电容对漏电检测电流几乎没有影响。按照忽略电网分布电容影响得到的理论计算结果，与电网对地具有分布电容时所检测到的实验结果，误差很小（约５％）。这一电网保
护原理适合于电缆故障选线。同时，给一般电网接
地故障选线提供了一种新思路、新方法。
参考文献
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工矿自动化，２００４（０２）：１０～１４
作者简介
袁振海男
９５２年生，博士，硕士生导师。主要研究方向为电网
安全保护。沈祥‘女９７０年生，硕士研究生，主要研究方向为电网安全保
护。
零序直流选择性漏电保护原理分析
作者：作者单位：
袁振海， 沈祥云， 王险峰， 蔡向东， 余林高， Yuan Zhenhai， Shen Xiangyun，Wang Xianfeng， Cai Xiangdong， Yu Lingao
袁振海,沈祥云,Yuan Zhenhai,Shen Xiangyun(南京工业大学,210009)， 王险峰,WangXianfeng(宝钢集团上海梅山有限公司,210039)， 蔡向东,Cai Xiangdong(中国石化扬子股份有限公司塑料厂,210048)， 余林高,Yu Lingao(南化集团建设公司,210044)电工技术学报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY2005,20(4)11次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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1. 李斌. 袁振海 矿井低压电网零序直流选择性漏电保护原理的研究及实现[期刊论文]-工矿自动化2007(1)2. 牟龙华. 孟庆海. 胡天禄 基于故障分量有功功率的选择性漏电保护[期刊论文]-中国矿业大学学报2002,31(4)3. 赵建文 零序有功电流选线的新型漏电保护[期刊论文]-继电器2003,31(4)
4. 牟龙华. 孟庆海. 刘建华 可通信式智能选择性漏电保护系统的研究[期刊论文]-电工技术学报2003,18(1)5. 唐翔. 张文海. 宋连启 自然直流选择性漏电保护原理分析[期刊论文]-工矿自动化2002(3)
6. 崔文强. 张星荣. 李安平. 宋建成. 陈瑞强. 张家元 煤矿掘进工作面供电系统选择性漏电保护的实现[期刊论文]-继电器2001,29(6)
7. 李奎. 陆俭国. 武一. 岳大为. 侯树民. 袁金丽. 张冠英. Li Kui. Lu Jianguo. Wu Yi. Yue Dawei. Hou Shumin. Yuan Jinli . Zhang Guanying 自适应漏电保护技术及其应用[期刊论文]-电工技术学报2008,23(10)
8. 武一. 李奎. 王尧. 张冠英. 袁金丽. 林岳州. WU Yi. LI Kui. WANG Yao. ZHANG Guanying. YUAN Jinli. LIN Yuezhou 基于单片机的漏电保护智能化技术[期刊论文]-低压电器2008(7)
9. 卢其威. 王聪. 程红. 李凤锦. LU Qi-wei. WANG Cong. CHENG Hong. LI Feng-jin 基于不对称交流方波的直流架线漏电保护技术[期刊论文]-煤炭学报2008,33(9)
10. 路萍. 庞彬. 李华 基于PIC单片机的多选择性漏电保护[期刊论文]-仪器仪表学报2004,25(z1)
引证文献(10条)
1. 夏伟伟. 袁振海. 季晨宇. 黄锋 基于RBF的故障电缆距离的预测算法[期刊论文]-电测与仪表 2010(10)
2. 李文江. 宋莉. 张文超. 范燕萍 基于光纤数字通信的煤矿供电防越级跳闸保护设备应用研究[期刊论文]-电子技术
应用 2011(4)
3. 李思光 一种新型相敏保护器的设计[期刊论文]-工矿自动化 2012(9)
4. 夏伟伟. 袁振海. 黄锋. 饶日嵩. 徐铮 基于零序直流原理的单分支故障电缆测距模型的研究[期刊论文]-电力系统保护与控制 2011(16)
5. 李文江. 程伦新. 杨羲葵 附加直流电源漏电保护的研究[期刊论文]-电力自动化设备 2011(9)6. 王琦. 袁振海 基于MSP430的综合选线保护系统的开发与研究[期刊论文]-电工电能新技术 2008(4)
7. 李春兰. 杜松怀. 苏娟. 夏越. 黄俊 一种新的基于小波变换和混沌理论的触电信号检测方法[期刊论文]-电力系统保护与控制 2011(10)
8. 郝金陵. 袁振海. 赵龙章. 方志. 许必熙 B3Ⅱ-1A型检漏继电器零序直流选择特性的研究[期刊论文]-电力自动化设备 2008(4)
9. 袁振海. 林锦国. 许必熙. 李斌. 晁先发 零序直流系统漏阻对整流管导流状态的等效变换[期刊论文]-电工技术学报 2006(3)
10. 袁振海. 赵宝华. 张九根. 李斌. 罗益民 零序直流小电流选线系统检测源电路参数的选择[期刊论文]-电工技术学报 2005(10)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dgjsxb200504019.aspx
２００５年４月第２０卷第４期
电工技术学报
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ０ＦＣＨＩＮＡＥＬＥＣＴＲＯＴＥＣＨＮＩＣＡＬＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ２０Ａｐｒ．
ＮＯ４
２００５
零序直流选择性漏电保护原理分析
袁振海１
沈祥云１
２１０００９
王险峰２蔡向东３余林高４
２．宝钢集团上海梅山有限公司
２１００４８
２１００３９
（１．南京工业大学
３．中国石化扬子股份有限公司塑料厂４．南化集团建设公司２１００４４）
摘要对近期提出的克服电网分布电容影响小电流接地选线的零序直流选择性保护原理作
了理论分析。按照检测整流半桥导通的不同时段，建立工频周期内三时段的正弦电路模型，用相
量法分析检测电流。并在各时段将其转换为瞬时正弦值对时间求取平均值。理论分析表明，检测电流选择性好，受电网电容影响小，理论计算与实验检测曲线在漏电支路绝缘电阻接近动作值段
一致性程度高。
关键词：零序直流选择性
数学模型漏电保护
中图分类号：ＴＭ７１１，ＴＭ７７３
ＳｔｕｄｙｏｆＳｅｌｅｃｔｉｖｅＬｅａｋａｇｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＰｒｉｎｃｉｐｌｅＢａｇｅｄ
ＳｅｑｕｅｎｃｅＤｉｒｅｃｔｉｖｅＣｕｒｒｅｎｔ
ＹｕａｎＺｈｅｎｈａｉｌ
ＳｈｅｎＸｉａｎｇｙｕｎｌ
ｏｎ
Ｚｅｒｏ
ＷａｎｇＸｉａｎｆｅｎ９２
Ｃａｉ）（ｉａｎｇｄｏｎ９３
２１０００９
ＹｕＬｉｎｇａ０４Ｃｈｉｎａ
ＣｈｉｎａＣｈｉｎａ２１００４４
（１．Ｎａｎｊｉｎｇ
ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＮａｎｊｉｎｇＮａｎｊｉｎｇ
２．ＢａｏｓｔｅｅｌＧｒｏｕｐＳｈａｎｇｈａｉＭｅｉｓｈａｎＣｏ．．Ｌｔｄ３．ＹａｎｇｚｉＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，ＬｔｄｏｆＳｉｎｏｐｅｃ
Ｎａｎｊｉｎｇ
２１００３９２１００４８
４．Ｎａｎｊｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＧｒｏｕｐＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｍｐａｎｙＴｈｉｓ
Ｎａｎｊｉｎｇ
ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ
Ｃｈｉｎａ）
ｐａｐｅｒ
ａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅ
ｅｘｉｓｔｉｎｇ
ｚｅｒｏ
ｓｅｑｕｅｎｃｅ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ＯＵ
ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ
ｌｅａｋａｇｅ
ｔｏ
ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｗｈｉｃｈｉｓｔｏｓａｒｍｏｕｕｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｅｒｉｏｄｏｆｔｉｍｅｉｎｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｓｔａｔｅｏｆｈａｌｆ－ｗａｖｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒ
ｉｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｈｅ
ｂｒｉｄｇｅｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ
ｃｕｒｒｅｎｔｓ
ｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｒｅｅ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｚｏｎｅｓ
ｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｅｃｙｃｌｅｏｆｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄ
ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅ
ｃａｎ
ｖｅｃｔｏｒ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｅｘｐｌａｉｎｅｄ，ａｎｄｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｔｈｅｓｅ
ｄｅｔｅｃｔｅｄｃｕｒｒｅｎｔｓｔｏｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｌｙｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｆｏｒｍｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｆｏｒｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｆｅｃｔｓｅｔｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄｃｕｒｒｅｎｔｓ
ｏｎ
ａｓ
ｗｅｌｌａｓｔｈｅ１ｅｓｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ
ｏｎ
ｉｔａｎｄｋｅｅｐｓｈｉｇｈｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｏｆｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｅｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｌｏｓｅｔｏａｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔ
ｃｕｒｖｅ．
ｔｈｅｌｅａｋａｇｅｂｒａｎｃｈ
ｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｔｈｅｏｒｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｄｅｔｅｃｔｅｄ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ，ｍａｔｈｍｏｄｅｌ，ｅａｒｔｈｌｅａｋａｇｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
１序言
选择性漏电保护是小电流接地电网的重要保
护。同高压电网运行方式一样，矿井井下电网全部为中性点不接地方式，选择性漏电保护主要采用零序电流保护原理，它需要一定量的零序电流才能正
保护的同时，电网漏电故障电流和人体触电危险也将随之增加。针对这一问题，近期正在研究零序直流选择性漏电保护原理【７１，利用检测电流直流分量减少电网分布电容影响，确定漏电电阻与检测电流之间的关系。
零序直流漏电保护可以监察电网三相绝缘电阻的对称降低Ⅲ，并且近期已做了将其用于电缆供电电网故障选线的实验口】。由此引起了对该系统的关
确选线［１＇２“”，因而易受电网对地分布电容影响，使
用中误动、拒动现象时有发生，为提高漏电保护的
可靠性，电网需要附加电容。从而，在对电网实行
收稿日期２００４０４３０改稿日期２００５０３０
注，开始了对其监察电网三相绝缘电阻非对称降低及接地故障的数学建模【ｌ…。本文运用电网理论、非正
万方数据
第２０卷第４期袁振海等零序直流选择性漏电保护原理分析
１０３
弦周期信号工频周期三时段正弦电路分析方法【９】，并参考有关文献，对检测电流与漏阻之间的关系，建立了以电网电压、绝缘电阻、检测源电路参数为参变量的函数关系式，从理论上探讨了这一保护原理的选择性，在电网安全保护要求范围内，其计算值与实验数据吻合。
文献［３，４，５，１０】表明，零序直流选线使电网中具有了人为的、可控的、有规律的信号，通过对零序直流电缆故障选线这一特殊系统进行的深入研究，揭示了对一般架空线路供电电网具有普遍意义的新规律。作者在低压电网所做的初步理论与实验研究证明了这一可能性。然而，这并非零序直流电缆故障选线系统的简单移植照搬，而是必须解决零序直流选线系统在架空线路供电电网中面临的新问题，尤其是电网的分布电容对零序直流接地故障选线产生的干扰。所不同的是，它的影响问题将不再像零序电流保护方式一样、成为一个难以逾越的障碍，而是被引入到零序直流选线系统相互联系、互相制约的关系中，通过调整牵制电网分布电容影响的系统参数，对其加以限制和利用。为解决二十几年来一直困扰电网故障选线的问题提供新的参考。２
零序直流选择性漏电保护原理分析
２．１
电网电缆漏电保护系统图
图ｌ由３只二极管分别串接一只限流电阻胄．
组成半波整流桥与限流电阻Ｒｏ、取样电阻飓串联接至地（令Ｒ２＝Ｒｏ＋飓）。电网各个分支路的接地线用一个取样电阻置。、Ｒ，ｚ（选尺．产Ｒ．２）与电网接地网相联。检测电流通过接地网、取样电阻及电网绝缘
图１
电网电缆漏电保护系统图
Ｆｉｇ．１
Ｐｏｗｅｒｇｒｉｄｃａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｉｃｌｅａｋａｇｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
万
方数据电阻流回电网构成直流检测网络，检测电流是经＿．极管整流的直流信号，所以可忽略电网电容对检测电流的影响。巴表示电网对地分布电容。电网三相绝缘电阻值一般较高、且对称，即：，。．＝“】＝，。Ｉ＝ｒ，ｒａ２＝，ｂ２＝ｒｃ２＝，，与之相对应的各检测电流值很小。倘若一相漏电，漏电点所在支路的该相对地绝缘电阻等效为电网正常运行时的绝缘电阻ｒ与漏电电阻Ｒ，的并联值。随着绝缘下降，故障支路的直流检测电压信号增大，而非故障支路的直流检测信号基本保持不变，使漏电监测装置能够准确区分故障支路和非故障支路。如果需要，还可以通过断路器将故障切除［３，ａｊ。
图ｌ中，电源相电压巩、巩和巩是对称的，即以＋现＋％＝０。各相对地绝缘电阻一般相等。因
而，变压器中性点对地电压为零，即砜＝ｏ。
一有漏电故障，Ｕ。≠０。第一分支路各相对地绝缘电阻电流分别为，▲Ｊ＿、Ｊｔ，流经检测电阻置，的电流为＾，：第二分支路的各相应电流为，’二、Ｊ勺、，ｔ，经检测电阻Ｒｉ２的电流为五２。
三相电压计时起点【５】选在／４Ａ＝№、“Ｂ＝一‰。瞬时，半波整流桥的二极管导通顺序应为ＶＤ－一ＶＤ２一ＶＤ，，检测电路取样电阻电流Ｊｌ的相量表示式只适合于１／３工频周期。在工频整个周期内，检测电流并非正弦波，它取决于３只二极管、４个自然换相点之间的三时段正弦电压ＨＪＪ。在（Ｏ～２ｒｄ３）时段，“Ａ电压比Ｂ、Ｃ相高。因此，二极管ＶＤｌ导通，ＶＤ２ＶＤ３反向截止；同理，（２７ｔ／３～４７ｔ／３）时段ⅣＢ电压比Ａ、Ｃ相高，ＶＤ２导通，ＶＤｌＶＤ３截止；（４ｎ／３～２Ⅱ）时段“ｃ电压高，ＶＤ３导通，ＶＤｌＶＤ２截Ｊｌ。
在ＶＤ．～ｖＤ，导通期内，按照选定的计时起点［５１，三相电压瞬时值表达式为
“Ａ＝４２ｕｓｉｎ（ｃｏｔ＋３０。）０≤∞ｆ≤２ｎ／３“Ｂ＝４２ｕｓｉｎ（ｃｏｔ一９０。）２ｎ／３≤∞ｆ≤４ｎ／３（１）
＂ｃ＝４２ｕｓｉｎ（ｃｏｔ＋１５０。）
４ｎ／３≤∞ｆ≤２ｎ
式（１）表明，工频周期内３个时段的电压在其各自时段内可以表示成相量形式。
２．２系统各支路与检测源电路的电压电流关系
据ＫＶＬ列写图１第一漏电分支路的电压方程，得
ＵＡ＋ｕｏ＝Ｊ’Ａ（■ｌ／／Ｒｒ）＋，ｉ１Ｒｉｌ
ＵＢ＋Ｕｏ＝，’Ｂ～＋ＩｊｌＲｊｌ
（２）
ｕｃ＋Ｕｏ＝Ｊ’ｃ‘ｌ＋ＩｊＩＲｊｌ
１０４电工技术学报２００５年４月
按照式（２）可推知，各相绝缘电阻电流
以＝等％＝半，
ｌＩ
Ｃ
半
然后，据ＫＣＬ列写第一分支路Ｎ】点的电流方程
／ｊ１２，Ａ＋，Ｂ＋Ｊ．ｃ
（４）
同理，可以得到第二分支路Ｎ２点的电流方程
！！：坠二尘生。竺！：坠：！堡生．
％
，ｂ２
Ｕｃ＋Ｕｏ一／ｊ２Ｒｊ２
，ｃ２
在图１检测源电路中，按照ＶＤ。～ＶＤ３导通顺序，列写三个时段电压方程
ｌⅡＡ＋Ｕｏ＝，１１（Ｒｌ＋月２）
ｏ≤国ｔ＜吨２ｘ／３｛ＨＢ＋Ｕｏ＝１１２（月１＋Ｒ２）２ｎ／３≤甜ｔ＜弋４ｘ／３（６）
【Ｈｃ＋Ｕｏ＝１１３（Ｒ１＋Ｒ２）４７＿ｃ／３≤ｔｏｔ一＜２９
推导式（６）可得，在工频周期三个时段内，检测电流Ｊ．表示式应分别为
“：警阜ｏ≤ｔｏｔ锄／３
“
Ｒ．＋Ｒ．
（７）
。
％。丽ＵＢ＋Ｕｏ气＝雨ＵＣ＋Ｕｏ２们锄…㈣式‘虢名：？：裟Ｉ慧０周Ｉ期内三个时段ａ们锄锄∽燃竺愁竺淼…
由图１可见，一只二极管导通期间，检测源电路等效于将（Ｒ，＋Ｒ２）电阻并联至二极管正极所接的电源端线Ｐｌ（或Ｐ２
Ｐ，）对地之间，图１所示电
网与交流电网等效。因此，在１／３工频周期内，Ⅳ”“Ｂ、“ｃ、“ｏ瞬时值为正弦函数，可以表示成其相量
形式巩、巩、巩、巩。
３
各支路检测电流的数学模型
假设第一支路Ａ相漏电、并令其漏阻为Ｒ，，将式（３）代入式（４）后，经推导，得到第一支路漏电检测电流
Ｊｊｌ：娑
ｒ
Ｒ
、
，ｊｔ
２——』——≠
㈣，
【ｌｏ）
Ｒｒ＋Ｒｊｌ＋３Ｒｊｌ．ｒ
万
方数据假设第二支路无漏电情况、且认为ｒ＝ｒａ２＝ｈ２
＝，。２，将其代入式（５）后，经推导得到第二支路漏电检测电流
，扩蒜％
…，
以上各式中，Ｕｏ为同一待求的未知电压，与一般交流电网的零序电压有所不同，为求解未知电压
Ｕｏ，需要根据ＫＣＬ列写地点Ｎ，点的电流方程
Ｊ】＋‘＋ｌｊ２２０
（１２）
式（１２）中，Ｊ，为取样电阻电流，只能在１／３工频
周期内表示成相量形式，如公式（７）～式（９）所示。因
此，公式（１２）成立的条件应是Ｊｊｌ和，ｊ２也在１／３周期内同取相量式，且与检测电流Ｊｌｌ～１１３保持在同一
时段或同一电角变化范围内。因而，有
１１ｊｌｌｏ≤∞ｆ≤２Ｅ／３｛ＪＪｌ２２ｎ／３。＜∞ｆ≤４Ⅱ／３（１３）
ｌｌｊｌ３
４ｎ／３Ｒ＜∞ｔＲ＜２ｎ
Ｊｊ２１
Ｏ≤∞ｆ≤２Ⅱ／３Ｉ．２２
２ｒ［／３≤ＣＯｔ＜。４ｘ／３（１４）
Ｉｉ２３
４Ｍ３一＜ｔｏｆ≤２Ⅱ
由上一节的讨论和式（
）、（Ｉ）容易看出，
２１１１＋ｌｊｌｌ＋ｌｊ２１
０
（１５）
经推导，得
％・２———五？一
也‘ｉ—１再＋蕊１Ｒ＋Ｒｊｌ＋３Ｒｊｌ
）
ｒ
ｌ
２
ｒ
ｒ
（１６）
！
。
堑
＋
！
ｒ＋３Ｒｊ２
Ｒｌ＋Ｒ２
Ｒ，＋ＲＪｌ＋３ＲＪｌ＝Ｒ上
在２Ⅱ／３≤∞ｔ≤４ｘ／３时段内，有
２
１１２＋／ｊ１２＋１ｊ２２
Ｏ
（１７）
第２０卷第４期袁振海等零序直流选择性漏电保护原理分析
１０５
０２＝一————————百———————一（）
ｃ１８，
３
３÷＋１
１
ｒ＋３Ｒｊ２。，一ｊ１＋３‰争。Ｒ１＋Ｒ２
５
，１３＋ｌｊｌ３＋ｌｊ２３
Ｏ
（１９）
坠。旦ｕ０３一—————可２——一）‰一＿Ｒ—ｒ＋Ｒｊｌ了＋３ＲｊｌｉＲ．—Ｒｌ＋Ｒ２＿（２０，
３
３÷＋１
Ｉ
ｒ＋３Ｒｊ２。Ｒｒ＋ＲＪｌ＋３Ｒｊｌ了Ｒｒ
Ｒ１＋Ｒ２
式（１６）、式（１８）、式（２０）表明，在工频周
期的三个时段内，零序电压矾ｌ、砜ｚ、砜３分别由
同时段的三相电压相量以、如，巩表示。因而，
零序电压砜。、砜２、矾３相量形式成立，其瞬时值在１／３工频周期内，可以表示成正弦函数。由此可
知
Ｊ”ｏｌ
ｏ≤∞ｔ＜一２ｎ／３／ｇｏ。ｔ／／０２
２Ⅱ／３≤０９ｔ＜一４７ｔ／３（２１）
ｌ“０３
４１ｔ／３≤ｏＪｆ≤２Ａ
式（２１）中，各时段零序电压瞬时值为正弦函数。
将式（１６）、式（１８）、式（２０）分别代入式（１３）和式（１４）可以得到工频周期三时段的漏电支路检测电流相量式，式中包含的三相电压相量与瞬时正弦函数之间的关系，参照式（１）在不同时段取值。然后，把式（１３）和式（１４）的电流相量式转换成瞬时值表示，即可得到支路检测电流的瞬时值表示式。
在工频周期内，求取漏电支路检测电流ｍ对电
角的积分，便可以得到漏电支路的直流检测电流，
即
ｊ：１１＝去ｅ“，。批崇１Ｊ０ｔ＇２ｎ／３。．。叭
露ｉｊｌ２ｄＯ“”３Ｊ２。培
＋ｏｄ２，ｊ，３
）Ｏｄｍｉ万
方数据：上ｌ１
。
２ｒｅｌＪｏ暑＋弓ｌ＋３ＲｊｌＲｒ／ｒ
ｆ２“！型！垫塑！！！堕ｄｐ一一１
２７ｔ
Ｒｒ＋Ｒｊｌ＋３巴ｌ肆／ｒ
ｔ＇２ｎ／３
，４ｎ／３
ｔ＇２ｎ
（Ｊ０
“０１０９＋Ｊ２∞“０２４９＋ｋ３／１０３ｄＯ）Ｉ
—■—巧＿—■。丽。
１１６９ｕ（孚＋１）
１
ｒ＋３Ｒｊ２
Ｒ，＋月ｊ１＋３Ｒｊｌ了Ｒｒ
Ｒ１＋Ｒ２
ｉ高≯
＠２’
同理，第二分支路直流检测电流应为
亏：＝瓦１
ｎ２：机一去ｅ“豫ｕ．ｏ＋，ａａ
—而３…“３／／ｏｌｄＯ＋毫３‰执￡，‰㈣一丽丽，，
Ｊｚｍ“。：０９＋Ｌ“。，０８）１．１６９Ｕ
去ｌ¨堑隅＋
一生，
去
！
。
！（２３）
Ｒ１＋Ｒ２
ｐ＋３Ｒ｛１）
以上两式中，Ｕ为电网相电压有效值。
为研究两条检测支路电流随漏阻Ｒ，的变化趋势，求取极限
恕‘－２粤‘ｚ
然后，求得
２丽彘㈣，
粤‘－２而丽崧羝丽丽㈦，
：
１．１６９Ｕ
坼～
ｌｉｍ
１
ｉ２
２—了—————————————————一
玄俾ｌ枷２）＋２似１枷２）＋ｐ乃枷ｊ２）
（２６）
由式（２４）可见，漏电阻Ｒ，趋近无穷大时，电
网处于无漏电状态，两条支路检测电流相等，而式（２５）和式（２６）表示，在Ｒ，趋近于零时，漏电支路的检测电流ｊ：，表达式与式（２４）所示无漏电时的
情形相比，其分母电阻减小【（Ｒｌ＋Ｒ２）＋（ｒ／３＋Ｒｊｌ）】；
与之相比无漏电支路的检测电流ｊ．，表达式分母电
１０６
电工技术学报２００５年４月
阻增大一项蠢＿∽－＋如）。
显然，有
！妒，・Ｈｉ，・ｌ一
…ｌｉｍ［ｉｊｚｌ２Ｉ‘：Ｉ。。
上式表明，随着漏电阻逐渐减小至零（即单相接地状态），故障支路检测电流绝对值趋近于其最大值，而非故障支路检测电流趋近于其最小值，故ｊ，１和ｊ．２可以用来区分电网漏电状况。
４实验
实验按照图１所不电网漏电保护系统图，选择
３
电网线电压６６０Ｖ，检测电路电阻Ｒｉ。＝∑Ｒ。
ｎ＝ｌ
＝１４．９ｋｆ），电网对地绝缘电阻对称、每相对地电阻ｒ取值３００ｋＱ，支路取样电阻局１＝置２＝３ｎ，ＶＤｌ～ＶＤ３
为整流二极管，电网对地模拟电容取值０．３９Ｆ。不
断改变漏电电阻Ｒｒ值，ｌ’ｊ２Ｊ和ｌｌｊ２｜将随之变化。若
令第一支路取样电压ＵＲｌｌ＝Ｒ１１ＩＪｊｌＩ，而第二支路取
样电压ＵＲｊ２＝Ｒ１２
ｌｊｌ２Ｊ，则可将其随Ｒｒ变化的关系按
照实验数据用虚线绘于图２。实验结果表明，ｊｉｌ和
Ｉ，２具有漏电检测的选择性。
帅帅ｍ∞∞帅∞∞ｍ漏电阻／（『２
图２漏电阻与检测电压间的关系图
Ｆｉｇ２
Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｌｅａｋａｇｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄ
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅ
５理论计算与实验结果的比较
为便于计算，将式（２２）和式（２３）的计算程
序编制出来。然后，把电网漏电实验所选电网条件
及各项实验电路参数输入计算机，计算所得ｌ—ｊｌ和
，ｊ２分别取其绝对值后与取样电阻焉ｌ和置２相乘，便可求得第一和第二分支漏电取样电压的理论计算
万
方数据值ｑ，和ｑｚ，将其随漏阻Ｒ，变化的关系用实线绘制
到图２。
图２可见，实线所示理论曲线与虚线所示实验
曲线在电网绝缘电阻降低到临界安全值段，一致性好。
６结论
理论计算和实验结果表明，零序直流漏电保护
原理具有选择性，而且电网分布电容对漏电检测电流几乎没有影响。按照忽略电网分布电容影响得到的理论计算结果，与电网对地具有分布电容时所检测到的实验结果，误差很小（约５％）。这一电网保
护原理适合于电缆故障选线。同时，给一般电网接
地故障选线提供了一种新思路、新方法。
参考文献
１
胡天禄矿井电网的漏电．北京：煤炭工业出版社
１９８７
２唐轶．选择性漏电保护北京：煤炭工业出版社，１９９５
３
Ｙｕａｎ
Ｚｈｅｎｈａｉ．Ａｓｔｕｄｙ
ｏｎｚｅｒｏ
ｓｅｑｕｅｎｃｅＤＣｓｅｌｅｃｔｉｖｅ
ｅｌｅｃｔｉｃｌｅａｋａｇｅｆａｉｌｕｒｅｄｉａｇｎｏｓｉｓ＆ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅＩＥＥＥ
ＭｏｎｔｒｅａｌＳｅｃｔｉｏｎＣＤｌＣ’０４，Ｎａｎｊｉｎｇ，２００４
８
４
Ｙｕａｎ
Ｚｈｅｎｈａｉ
ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＤｙｎａｍｉｃｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ａｎｄ
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作者简介
袁振海男
９５２年生，博士，硕士生导师。主要研究方向为电网
安全保护。沈祥‘女９７０年生，硕士研究生，主要研究方向为电网安全保
护。
零序直流选择性漏电保护原理分析
作者：作者单位：
袁振海， 沈祥云， 王险峰， 蔡向东， 余林高， Yuan Zhenhai， Shen Xiangyun，Wang Xianfeng， Cai Xiangdong， Yu Lingao
袁振海,沈祥云,Yuan Zhenhai,Shen Xiangyun(南京工业大学,210009)， 王险峰,WangXianfeng(宝钢集团上海梅山有限公司,210039)， 蔡向东,Cai Xiangdong(中国石化扬子股份有限公司塑料厂,210048)， 余林高,Yu Lingao(南化集团建设公司,210044)电工技术学报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY2005,20(4)11次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
参考文献(10条)
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本文读者也读过(10条)
1. 李斌. 袁振海 矿井低压电网零序直流选择性漏电保护原理的研究及实现[期刊论文]-工矿自动化2007(1)2. 牟龙华. 孟庆海. 胡天禄 基于故障分量有功功率的选择性漏电保护[期刊论文]-中国矿业大学学报2002,31(4)3. 赵建文 零序有功电流选线的新型漏电保护[期刊论文]-继电器2003,31(4)
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引证文献(10条)
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2. 李文江. 宋莉. 张文超. 范燕萍 基于光纤数字通信的煤矿供电防越级跳闸保护设备应用研究[期刊论文]-电子技术
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5. 李文江. 程伦新. 杨羲葵 附加直流电源漏电保护的研究[期刊论文]-电力自动化设备 2011(9)6. 王琦. 袁振海 基于MSP430的综合选线保护系统的开发与研究[期刊论文]-电工电能新技术 2008(4)
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8. 郝金陵. 袁振海. 赵龙章. 方志. 许必熙 B3Ⅱ-1A型检漏继电器零序直流选择特性的研究[期刊论文]-电力自动化设备 2008(4)
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